通過物理模型和數(shù)值模型相結(jié)合的方法,系統(tǒng)研究了大跨度上翻式拱形閘門水動(dòng)力荷載、結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性和流激振動(dòng)特性,揭示了閘門結(jié)構(gòu)的流激振動(dòng)強(qiáng)烈共振現(xiàn)象及成因。針對(duì)存在的強(qiáng)烈振動(dòng)的問題,通過減小閘門底緣下游傾斜面水平面投影面積、縮減閘門底部小橫梁尺寸等方式來進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。優(yōu)化后的工程現(xiàn)場(chǎng)原型觀測(cè)結(jié)果顯示,推薦布置方案有效控制了閘門的有害振動(dòng),運(yùn)行平穩(wěn),安全可靠,驗(yàn)證了物理模型試驗(yàn)成果的正確性。 

【文章來源】：水利水電科技進(jìn)展. 2020,40(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

水閘平面布置

泄水閘門葉結(jié)構(gòu)(單位:mm)

上翻式拱形閘門工作狀態(tài)下孔口寬度40.0 m,門高5.19 m。采用ANSYS有限元分析軟件建模。模型共有35 839個(gè)節(jié)點(diǎn)、215 034個(gè)自由度�？紤]啟閉機(jī)油缸后,總質(zhì)量為167.29 t。模型邊界條件為啟閉油缸為固定端、油缸和吊耳梁連接部位以及支鉸部位均釋放其繞x軸轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。表1列出了閘門結(jié)構(gòu)無水狀態(tài)和考慮流固耦合情況下的若干低階振動(dòng)模態(tài)頻率值,相應(yīng)狀態(tài)下的前3階振動(dòng)模態(tài)見圖3和圖4。計(jì)算結(jié)果顯示,無水狀態(tài)的閘門振動(dòng)基頻為2.70 Hz,表現(xiàn)為閘門兩側(cè)上部面板徑向彎曲振動(dòng)變形;2階振動(dòng)頻率為2.80 Hz,為閘門兩側(cè)下部面板徑向彎曲振動(dòng)變形;閘門中部面板徑向彎曲振動(dòng)變形頻率為6.69 Hz。閘門流固耦合前3階固有頻率分別為2.11 Hz、2.75 Hz及3.97 Hz,分別表現(xiàn)為閘門面板中上部徑向彎曲變形、面板距中部兩側(cè)的徑向變形振動(dòng)及局部彎扭變形。分析結(jié)果指出,流場(chǎng)對(duì)閘門結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性產(chǎn)生明顯影響,1階基頻下降22%,3階模態(tài)頻率下降40%。從總體上看,閘門振動(dòng)基頻很低,若閘門結(jié)構(gòu)體型設(shè)計(jì)不當(dāng),在水動(dòng)力荷載作用下容易激發(fā)強(qiáng)烈振動(dòng),并導(dǎo)致閘門結(jié)構(gòu)的共振破壞[6]。圖4 閘門流固耦合低階振型

【參考文獻(xiàn)】：
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